Производство политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена в суспензии и эмульсии

Полимеры и сополимеры фторированных непредельных углеводородов (фторо­пласты, фторлоны) относятся к малотоннажным продуктам, но благодаря своим уни­кальным свойствам являются исключительно ценными материалами для многих от­раслей промышленности. Фторопласты применяют там, где необходим комплекс ценных свойств, реализуемых в одном материале: высокие термостойкость и моро­зостойкость, предельная химическая стойкость, высокие диэлектрические свойства в широком интервале температур и т. д.

Лекция 10. Фторопласты. Политетрафторэтилен (фтороплст-4): получение, свойства и прменение.Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3): сырье, полимеризация, свойства и области прменения. Поливинилфторид, поливинилиденфторид.

Около 90% общего потребления фторопластов приходится на политетрафтор­этилен (ПТФЭ). Из других фторопластов наибольшее значение приобрели сополи­меры тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (ГФП), винилиденфторидом (ВДФ) и этиленом, а также поливинилиденфторид (ПВДФ), поливинилфторид (ПВФ) и политрифторхлорэтилен.

ПТФЭ обладает самым широким для пластмасс диапазоном рабочих температур: от -273 до 250°С. Важнейшие области применения: машиностроение (подшипники скольжения, поршневые кольца, транспортерные ленты и т. п.), радио- и электротехника (теплостойкая и морозостойкая электроизоляция), электроника, химическая про­мышленность (уплотнения, трубопроводная арматура, насосы, мембраны, футеровочный материал), ядерная техника, авиастроение, космическая техника, медицина и др Среди сополимеров фторированных непредельных углеводородов имеются каучуки, выдерживающие температуру до 200 °С и обладающие атмосферостойкостью, химической стойкостью, стойкостью к действию микроорганизмов, негорючестью и способностью к переработке принятыми для каучуков методами. Сополимеры при­меняются для изготовления труб и шлангов, мембран, уплотнений, огнезащитной одежды, электроизоляции и др.

Фторопласты из-за повышенной стоимости мономеров и необходимости тща­тельной их очистки от кислорода, приводящего к взрывоопасному процессу разло­жения, а также из-за сложности проведения технологического процесса (повышен­ное давление, значительное выделение тепла при полимеризации мономеров) менее доступны, чем другие полимеры.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4), получаемый полиме­ризацией тетрафторэтилена, является полностью фторированным полиэтиленом.

Тетрафторэтилен (ТФЭ) СF₂ = СF₂ - бесцветный газ без запаха. Чистый ТФЭ легко полимеризуется при хранении. Поэтому в него добавляют ингибиторы (бутил-меркаптан, третичные амины и др.). С кислородом воздуха образует окись ТФЭ.

При инициировании образуется ПТФЭ. Реакция протекает с большой скоростью и при значительном выделении тепла (126 кДж/моль).

В промышленных условиях производство высокомолекулярного ПТФЭ осуще­ствляют полимеризацией ТФЭ в водной суспензии или в эмульсии. При проведении реакции в растворе обычно получают полимеры с низкой молекулярной массой, ис­пользуемые в качестве масел и смазок.

Процесс производства ПТФЭ полимеризацией ТФЭ в воде под давлением до 10 МПа в присутствии инициатора, но без применения эмульгатора, носит название суспензионного. Он состоит из следующих стадий: загрузка компонентов в автоклав, полимеризация ТФЭ, выделение, промывка и сушка полимера (рис. 10.1).

В автоклав 1, предварительно продутый азотом, который не содержит кислорода, загружают деионизированную воду, инициатор (персульфат калия) и регулятор рН среды (буру). Затем после охлаждения и вакуумирования в автоклав вводят ТФЭ

Рис. 10.1. Схема производства политетрафторэтилена в суспензии: 1 — автоклав; 2, 5 — центрифуги; 3 — бункер порошка; 4 — дробилка; б — сушилка

и при перемешивании поднимают температуру до 70-80 °С. Реакцию проводят под давлением 4-10 МПа. Обычно за 1 ч при 80 °С образуется 85-90 % ПТФЭ. После окончания процесса автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию ТФЭ вытесняют азотом, суспензию полимера в воде подают на центрифугу 2 и отделяют жидкую фазу. ПТФЭ собирают в бункере 3, измельчают в дробилке 4, многократно промывают горя­чей водой и после центрифугирования в центрифуге 5 сушат в сушилке 6 при 150 °С. ПТФЭ представляет собой белый, непрозрачный, рыхлый волокнистый порошок.

Введение в водную суспензию ПТФЭ поверхностно-активных веществ в количе­стве 9-12 % приводит к получению более концентрированных суспензий, содержа­щих 50-65 % полимера.

При эмульсионном способе получения ПТФЭ полимеризацию ТФЭ проводят в воде в присутствии эмульгатора (аммониевой или калиевой соли перфторкарбоновой или моногидроперфторкарбоновой кислоты) и инициатора при 55-70°С и давлении до 7 МПа в течение 25 ч. В результате реакции образуется латекс полимера в воде содержащий частицы диаметром 0,1-1,0 мкм. Концентрирование латекса и выделе­ние полимера после разрушения эмульсии позволяет получить тонкодисперсный по­рошок.

Сополимеры ТФЭ с ВДФ, ГФП, ТФХЭ и этиленом получают по аналогичным схемам.

Дата добавления: 2014-01-20